摘要：本文主要介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人與關(guān)節(jié)式機(jī)器人相結(jié)合后新式六軸混合型機(jī)器人的特性，以及在實(shí)際機(jī)床上下料生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：直角坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人混合型機(jī)器人機(jī)床上下料機(jī)器人
前言：現(xiàn)今在很多零件的數(shù)控加工過程中，要把第一工序加工完的零件先取下，然后以剛加工完面作為定位基準(zhǔn)在同一工作臺的另一工裝上或另一加工中心上完成第
二工序加工。通常要把零件翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)一定角度后，再平移裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個零件的全部加工。有時(shí)多個加工中心是在一字?jǐn)[放，有時(shí)為省空間而面對面擺放或二種擺放的任意組合。有的加工用同一種機(jī)床，也有用不同類型機(jī)床完成整個零件的加工。這時(shí)零件從一個工裝到另一個工裝上裝卡時(shí)，必須被翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)。在被翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，其位置也要變化。這時(shí)傳統(tǒng)的方式是把一個六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人安裝在大型直線運(yùn)動軌道上。整個機(jī)器人系統(tǒng)或安裝在地面上或安裝在空中，占用大量空間，而且成本很高。所以沈陽萊茵機(jī)器人有限公司根據(jù)客戶實(shí)際需求定制研發(fā)出一系列新結(jié)構(gòu)形式的六軸混合型機(jī)器人。這些新特性來自我們的經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)識，有其局限性，不充分，僅供朋友們學(xué)習(xí)參考，下面就結(jié)合兩個應(yīng)用來介紹新結(jié)構(gòu)形式的混合型六軸機(jī)器人。
一、混合型六軸機(jī)器人介紹
1、混合機(jī)器人的組成
如圖1所示六自由度混合機(jī)器人由基于直角坐標(biāo)機(jī)器人的三個直線運(yùn)動軸和關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端三個轉(zhuǎn)動軸組成。三個直線運(yùn)動軸分別定義為X軸，Y軸和Z軸，可以是圖1中懸臂式三軸直角坐標(biāo)機(jī)器人，也可以是龍門式三軸直角坐標(biāo)機(jī)器人。在Z軸下端的三個轉(zhuǎn)動軸是從上向下以此是旋轉(zhuǎn)軸A軸,擺動軸B軸和B軸末端再帶動一個旋轉(zhuǎn)軸C軸。通常C軸的末端裝機(jī)器人手爪。三個轉(zhuǎn)動軸可以選擇兩種結(jié)構(gòu)形式，一軸是由圖1所示的三個
伺服電機(jī)在一起，安裝在Z軸下端。令一種是三個伺服電機(jī)直接安裝在對應(yīng)的減速機(jī)上，這樣運(yùn)動位置精度更高。根據(jù)實(shí)際需要，混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也可以是龍門式結(jié)構(gòu)。其各個直線運(yùn)動軸的行程及承載能力可以按要求去做。
圖1是一個典型的由懸臂式三維直角坐標(biāo)機(jī)器人和三個旋轉(zhuǎn)軸組成的混合式六軸機(jī)器人。圖1中在最末端的旋轉(zhuǎn)軸上安裝有手抓。
2、混合型機(jī)器人的特點(diǎn)
1）超大工作空間
具有直角坐標(biāo)機(jī)器人的大行程，大跨度的優(yōu)點(diǎn)。比如拼裝后X軸可達(dá)到100m，Y軸20m；總之可以按要求組合成所需工作空間的大型機(jī)器人。
2）靈活的組合形式
混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也可以是龍門式結(jié)構(gòu)。根據(jù)每個直線運(yùn)動軸的行程及承載能力還可以是多根組合來保證各個軸不變形，有足夠的強(qiáng)度。最末端的三個旋轉(zhuǎn)軸也可以選擇為兩個旋轉(zhuǎn)軸。總之混合型機(jī)器人完全可以設(shè)計(jì)成所以的結(jié)構(gòu)形式及工作行程。
3）超大負(fù)載能力
直角坐標(biāo)型的龍門框架結(jié)構(gòu)，承載能力強(qiáng)，可無限擴(kuò)展，穩(wěn)定可靠，造價(jià)相對低很多。抓取物體的能力主要受三個末端旋轉(zhuǎn)軸的限制。目前配合手爪后可以抓取的物體重量是：50公斤，100公斤和200公斤三種型號。
4）高定位精度
通常單根直線運(yùn)動軸的重復(fù)定位精度0.05mm，而
絲杠驅(qū)動型和精密齒輪齒條驅(qū)動型可達(dá)0.01mm，甚至更高。還可以加位置反饋信號，比如磁珊來提高定位精度。最后綜合精度取決于末端的三個旋轉(zhuǎn)軸。但最后末端的重復(fù)定位精度高于同類的關(guān)節(jié)機(jī)器人。
5）安裝調(diào)式簡單
混合型機(jī)器人是模塊化結(jié)構(gòu)，在裝配廠全部預(yù)連接運(yùn)行，然后拆裝出廠。現(xiàn)場通過螺栓簡單拼裝，調(diào)水平即可電氣調(diào)試，用戶甚至可以自行完成機(jī)械安裝。龍門式框架為整個安裝空間，其工作空間也在框架范圍內(nèi)。不需要非常專業(yè)人員調(diào)式，簡單安裝，調(diào)式和以后服務(wù)費(fèi)用低。
6）控制系統(tǒng)相對簡單
混合型機(jī)器人是直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo)的組合，不僅好理解，控制系統(tǒng)也簡單。編程方便，開發(fā)。不需要特殊的專用高檔控制系統(tǒng)。
7）后期維護(hù)費(fèi)用低
不需要非常專業(yè)人員調(diào)式，簡單安裝，調(diào)式和后期維護(hù)費(fèi)用低。而關(guān)節(jié)機(jī)器人的編程和操控必須由供應(yīng)商通過專業(yè)培訓(xùn)才能完成（廠家軟件編程費(fèi)用300元/小時(shí)），而且特殊軟件需要收費(fèi)。
8）性價(jià)比高：無論首次購買，還是后期服務(wù)費(fèi)用都低于關(guān)節(jié)型機(jī)器人。
二、在排氣管加工中的應(yīng)用
如圖2所示，在立加的一個工作臺上有兩個工裝，分別以不同的方位裝夾兩個排氣管。這樣在一個工作臺上就可以對排氣管的不同位置進(jìn)行加工。難點(diǎn)在于要先把B工件取下，然后再把A工件取下后經(jīng)兩個方向的旋轉(zhuǎn)放置到B工裝上。把從前一加工中心的排氣管抓取放置到工裝A上。這里另外一個難點(diǎn)是兩個排氣管四周的空間小，給上下料增加難度。
圖2：一個工作臺上帶有兩個完全不同方位的工裝
為了提高效率采用如圖3所示，用一臺六軸混合機(jī)器人給四臺立加全自動上下料。根據(jù)這些要求，沈陽萊茵機(jī)器人有限公司為其量體裁衣設(shè)計(jì)生產(chǎn)了兩套大行程大負(fù)載的6D混合式機(jī)器人。
圖3：一臺六自由度混合型機(jī)器人給四臺立加上下料
整套設(shè)備組成：
1、X軸：采用Roboworker品牌的一根加強(qiáng)型RSL300直線運(yùn)動單元，齒輪齒條傳動，其有效行程12米。RSL300安裝到機(jī)器人支架上。
2、Y軸：采用X軸同樣的直線運(yùn)動單元，其有效行程500mm。
3、Z軸：作為上下運(yùn)動軸，它是一根獨(dú)立的RSL300直線運(yùn)動單元，Z軸安裝到Y(jié)軸一端，隨XY同時(shí)水平運(yùn)動，但可獨(dú)立上下運(yùn)動，其有效行程1.4m，額定提升力300公斤。
4、3個旋轉(zhuǎn)軸：采用精密減速機(jī)和伺服電機(jī)，可以任意角度旋轉(zhuǎn)。
5、手爪：主要由Festo
氣缸帶動手指運(yùn)動。
6、下料傳送帶一條，上料工作臺一個，桁架和防護(hù)。
7、控制系統(tǒng)1臺；
三、從工裝A到工裝B的工作過程
本項(xiàng)目中最大的難點(diǎn)之一是如何把工裝A上的排氣管取下，經(jīng)A軸和C軸的各自轉(zhuǎn)動及B軸的擺動后裝到工裝B上。這里還有考慮機(jī)床內(nèi)部空間對手爪運(yùn)動軌跡及空間的限制。
具體工作過程是先用手爪從A工裝抓取工件，然后順著A工裝方向取下排氣管。排氣管離開A工裝后，被按到B工位的方向。然后手爪按B工裝的導(dǎo)向柱把排氣管安裝到B工裝上。圖4給出了這一簡單過程。
圖4：左上圖表示從工裝A上抓住排氣管。右上圖表示把排氣管取下后升高及轉(zhuǎn)動。左下圖表示排氣管被調(diào)整到與工裝B要求的方向。右下圖表示把排氣管按55.8度方向裝到工裝B上。
四、結(jié)論
對于這類加工中心上下料任務(wù)采用傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)機(jī)器人是無法完成的。就算在Z軸上加兩個旋轉(zhuǎn)軸也沒法完成工件的方位變化。而采用軌道加關(guān)節(jié)式機(jī)器人可以完成這類任務(wù)，但其占地空間大，采購和維護(hù)成本非常高。而沈陽萊茵機(jī)器人有限公司開發(fā)的這張混合型六自由度機(jī)器人結(jié)合了直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，非常適合這類上下料任務(wù)。此為混合型六軸機(jī)器人還非常適合冷沖上下料，大型零件的焊接和切割等復(fù)雜任務(wù)。目前我公司已開發(fā)幾款混合型直角坐標(biāo)機(jī)器人，它們有非常廣闊的應(yīng)用前期。
